〈〈〈海外文献〉〉〉

World Tech Info.

サグラダファミリアの地下聖堂− 既存基礎の補強 −著：Carles Buxadé*
訳：高津比呂人

聖堂や教会のように大規模で記念碑的な建物の建設においては，建築様式の流行の変化や現場での計画の修正または変更により，最終的に当初計画したものとはかなり異なったものとなるケースも多く見られる。
サグラダファミリア教会の建設の歴史も，過去 2 世紀にわたる数度の建築様式の流行の変化と関連している。サグラダ
ファミリア教会の設計とその後の建設を理解するための一つの重要なポイントは，建築家がフランシスコ・ビリャールからその助手であったアントニ・ガウディに代わったことにある。ガウディが 1906 年に彼の流儀に沿った設計に変更したことにより，この教会のプロジェクトに変化がもたらされた。
本報では，フランシスコ・ビリャールが計画した建物に対して，ガウディの設計により建物の規模が大規模化し，荷重が増加したため，その荷重に抵抗するために今世紀の初めに実施した基礎の補強工事の詳細について述べる。このプロジ
ェクトでは，地盤に荷重を伝達するためのマイクロパイルの施工と，既存の組石造の基礎と鉄筋コンクリート造パイルキャップを一体化させる工事を実施した。
キーワード：補強，基礎，サグラダファミリア，マイクロパイル，ポストテンション工法
172.50m

1．歴史の紹介
民間カトリック団体「サン・ホセ協会」が，ホセ・マ

135 m

リア・ボカベージャ・ベルダゲールにより 1866 年に設127.50 m

立され，1881 年に，マヨルカ通り・マリーナ通り・プロバンス通り・サルデーニャ通りに囲まれる区画を購入した。そこに地下聖堂の建設が構想され，バルセロナ司教区付の建築家，フランシスコ・デ・パウラ・デル・ビリ

70 m

ャールにその設計が依頼された。その数ヵ月後には，ゴ60 m

シック様式の地下聖堂の建設が始まった。だがその後す45 m

ぐ，ボカベージャのアドバイザーである建築家ファン・30 m

マルトレルとの意見の不一致によりビリャールは辞任し15 mてしまった。ボカベージャはマルトレルにプロジェクト0mの依頼をしたのだが，彼は代わりに若手建築家で学生で0 5 10 20 30 40 50もあり，ビリャールの助手を過去 2 年間務めていたアントニ・ガウディを推薦した。この職務がアントニ・ガウディに引き継がれたのは，1883 年 11 月 3 日であった。
建設中であった地下聖堂の支柱の高さが変更され，それにより地下室全体へ外部との換気がいきわたるようになった。地下聖堂の建設は 1889 年に完了した。
当初から，地下聖堂の位置を念頭においた教会の設計が行われた。1890 年に祭壇の後ろ（（訳注）半円形に突出す

図- 1る部分，以下，後陣とする）から見た教会の全容に関する図面が完成し，そこには 12 本の塔と中央に高いドームが描かれていた。1892 年にはその後陣のファサードのビリャールの設計（青）とガウディの設計（赤）の比較

建設が始まり，1893 年にはガウディは生誕のファサード

2．教会の概要と補強の理由の研究を始め，教会の設計原案を立案した。その時以来，サグラダファミリア教会はバシリカ式（（訳注）教会建築ガウディのデザインの導入が開始され，その幾何学的複の平面形式のひとつ）であり，5 スパンの身廊（（訳注）入雑さを長年にわたって進展させ続けている（図 - 1）。

口から主祭壇に向かう中央通路のうちの翼廊に至るまでの部分）と，3 スパンの翼廊（（訳注）十字形の建物の，身66

プレストレストコンクリート海外文献廊に対して直角に建てられた部分）から成る。身廊と翼生誕のファサードは 1935 年に完成した。この荷重は廊の中央の通路は，幅 15 m・高さ 45 m で，それと平行予想されたものであったが，地下聖堂についてはそうでし て 並 ぶ 幅 7.5 m・ 高 さ 30 m の も の よ り 大 き い（ 図はなかった。聖堂上部に後陣の建設が始まった 1892 年- 2）。

以前の 1889 年に地下聖堂は完成している。当初，聖堂は 120 m の高さとなる予定であった。地下聖堂の基礎と下層の柱は，後陣のデザインが修正される前にすでに建設されており，増加した荷重を支持できる構造になっていなかった。2007 年，後陣の建設が最終荷重の 30 ％に相当する 30 m に到達した時点で地下聖堂基礎が支持できる最大荷重に達することとなり，地下聖堂基礎の補強工事が実施されることとなった。
ガウディの設計変更による荷重の増加および，現行基準における安全係数への適応が，20 世紀初期に建設された部分の構造部材を補強する理由であった。

3．教会のモデル化
FEM モデルを使って，構造解析を実施した。数ヵ所のきわめて特異な部分を除いて，主に 3 次元シェル要素と梁要素を用いた。シェル要素で，シェルやプレート（アーチ型の屋根，床スラブ，壁）をモデル化した。この四角形 3 次元シェル要素は，それぞれ回転 3 成分，並進 3成分の 6 自由度をもつ 4 つの節点で定義される。柱や梁Nのモデル化に用いた梁要素は，それぞれ回転 3 成分，並生誕のファサード

進 3 成分の 6 自由度をもつ 2 つの節点で定義される 3 次元要素である。
栄光のファサード

翼廊サグラダファミリアの構造設計には以下の 3 つの荷重ケースを想定した。

身廊1 ）常時荷重と積載荷重，荷重係数は 1.8 とした
2 ）常時荷重と積載荷重に水平方向の風荷重を足したも後陣の，荷重係数は 0.9 × 1.8 ＝ 1.62 とした
3 ）常時荷重と積載荷重に地震荷重を考慮したもの，荷重係数は，ここでは他の荷重の割増はせず，地震荷重のみ 0.8 × 1.8 ＝ 1.44 とした
サグラダファミリアの構造設計に用いた安全係数はEH-80（Spanish building code on plain or reinforced concrete

受難のファサード

図- 2

design and construction；無筋および鉄筋コンクリートの平面図と断面図

設計と施工に関するスペインの建築基準）から採用した。

1925 年までのビリャールの計画（青），2007 年の地下聖堂の補強（赤），2007 年の補強以前の教会（橙），2013 年現在の教会（黄）身廊の北西の奥には，2 つの聖具室（改訂版の EH-91 では，標準の材料が用いられた typeC 建物（破壊によってかなりの損失を引き起こすもの）での荷 重 係 数 は 1.8 と な っ て い る。 一 方， そ の 後 の 基 準

宗教行事に（EHE-98 や EHE-08）ではこの数字が低減されているが，使う品々や僧衣を保管する場所）が隣接する，後陣（ガここではこの建物の他の部分の構造との一貫性と，まだウディにより 50 m の壁が建てられた）があり，その反詳細が決まっていない未建築のエリアの不確実性の度合対側に位置するのが栄光のファサードである。翼廊の北いから，1.8 を採用することとした。

（訳注）

東側にはガウディが完成させた 4 つの 17 m の塔をもつ

また，それぞれ 3 つのケースに対して，重ね合せの原生誕のファサードがあり，その反対側には 4 つの 110 m

理が適用できないため，必要に応じて 2 次の微小項までの塔がある受難のファサードが位置する。

考慮した非線形解析モデルを作成した。この全体モデル
で，地下聖堂の既存基礎に必要な補強量を求めることが身廊と翼廊の交差部には，中央に 172.5 m のイエスのできた（図 - 3）。

塔，その周りに高さ 120 m の 4 つの福音伝道師の塔が配置されている。それに加えて，後陣の上には高さ 127.5 m

4．地下聖堂の基礎の材料と地盤の聖母マリアの塔が配置されており，地下聖堂はこの聖母マリアの塔の下に位置している。

Vol.56, No.4, July 2014

サグラダファミリアの地下聖堂の下の地盤は，2 つの67

海外文献
NOV 11 201313:24:50
PLOTNO.1
NODAL SOLUTIONSTEP=5
SUB=1
TIME=5
SEQV（AVG）
PowerGraphics
EFACET=1
AVRES=Mat
DMX=0.007627
SMN=163596
SMX=0.520E+081635960.592E+07
0.117E+08
0.174E+08
0.232E+08
0.290E+08
0.347E+08
0.405E+08
0.462E+08
0.520E+08

X

Plastic shell

Reinforced solid

4nodes 3-D space
DOF:UX.UY.
UZ.ROTX.
ROTY.ROTZ.

8 nodes 3-D space
DOF UX.UY.UZ

NOV 11 2013
12:48:02
PLOTNO.1
ELEMENTSPowerGraphics
EFACET=1
MAT NUMU
ROT
PRES-NORM
0.561E+07

Structural solid

図- 3

教会の FEM モデル

SOLID
8 nodes 3-D space
DOF UX.UY.UZ

地質単元から構成されている。
1 ）第四紀（（訳注）260 万年前から現在までの期間）のユニット：粘土・赤色シルト質粘土・小さな石英とスレ

NOV 11 2013
13:13:11
PLOTNO.1
AVG ELEMENT SOLUTISTEP=1SUB=1TIME=1
CF_ETAB（AVG）
BOTTOM
DMX=0.013596
SMX=0.388E+07
04311498622980.129E+07
0.172E+07
0.214E+07
0.257E+07
0.300E+07
0.343E+07
0.386E+07

X

ートの礫・岩の堅さをもつ炭化物の団塊から成る層と，礫・赤色粘土を含む小さな石英とスレートの礫から成る層と，シルト質の茶褐色の砂から成る層の三つの層で 構 成 さ れ る。 試 験 の 結 果， 圧 縮 強 度 は 1.12 〜
1.37 N/mm2 であり，変形係数は 12.8 〜 18.1 N/mm2 であった。
2 ）第三紀（（訳注）6430 万年前から 260 万年前まで）のユ
ニット：粘土と茶褐色の泥灰質粘土を含む薄い砂層から成る。地盤の支持力は，2.35 〜 3.21 N/mm2 であり，弾性係数は 34.5 〜 43.9 N/mm2 であった。

図- 4

また，地下聖堂の構造体と基礎で使用されている材料である，石・レンガ・モンジュイックストーン（地元の石で教会の建築に使われている）などの材料特性を把握

Structuraf shell

Nonlinear spring

8 nodes 3-D space

2 nodes 3-D space

DOF:UX.UY.

DOF UX.UY.UZ

UZ.ROTX.

ROTX.ROTY

ROTY.ROTZ.

ROTZ.PRES.TEMP

 ctava de Nadal の柱，支柱の基部と既存基O礎と新設の補強の集合体，マイクロパイルとパイルキャップの詳細モデルするための試験を実施した。その結果，モンジュイック

梁とパイルキャップを固定するための基礎スラブの部分

ス ト ー ン・ レ ン ガ・ 石 の 弾 性 強 度 を そ れ ぞ れ，52 N/である。リング状の梁は梁要素でモデル化し，スラブはmm2・3.8 N/mm2・3.39 N/mm2 とすることとした。

シェル要素でモデル化した。マイクロパイルは特殊なバネ要素でモデル化し，鉛直方向は，最大耐力がマイクロ5．補強モデルについてパイルの構造耐力に等しい荷重変形関係曲線上を挙動するものとした。

最初の解析モデルは，最大の軸力を支える地下聖堂のこの構造は教会の建設における以下の 2 つの仮定の影柱を含む部分である。ここは，2 つのタイプの有限要素（2 次元のシェル要素と 3 次元のソリッド要素）でモデル響下にある。一つ目の仮定が初期荷重で，後陣が 30 m化した。両要素とも 1 つの節点あたり 6 つの自由度をもまで完成した荷重を考慮し，荷重増加は考えず，PC 鋼

つ 3 次元要素であり，幾何学的非線形と材料非線形（弾棒の荷重は考慮する。2 つ目の仮定が最終荷重で，建設塑性特性）を扱うことができる（図 - 4）。

が完了して値が増えた教会の全荷重を考慮する。

2 つ目の解析モデルは，支柱の基部と，既存の組石造6．補強についての基礎と，鉄筋コンクリート製のパイルキャップと PC鋼棒を組み合せた部分である。支柱の基部とパイルキャ

既存の基礎は，石と石灰モルタルによる組石造の構造

ップの部分については，ソリッド要素でモデル化し，弾であり，高さ 0.95 m で地下聖堂の支柱の直下にある。基性解析を実施した。一方，既存の組石造の基礎は引張力

礎は鉄筋コンクリート製スラブの一群で支持されておを負担させないように弾塑性のソリッド要素でモデル化り，荷重はスラブに結合されたマイクロパイルを通じてした。PC 鋼棒は梁要素でモデル化を行った。

支持層に伝達される。
補強案は，既存基礎を支持し，直径 0.15 m，深さ 15 m

3 つ目の解析モデルは，マイクロパイルとリング状の68

プレストレストコンクリート

海外文献のマイクロパイル群に荷重を伝達する鉄筋コンクリート

改修ステップ1-6造パイルキャップで構成されている。

改修ステップ1

新設パイルキャップと既存基礎の一体化は，組石造部地下聖堂の調度品や装飾品を撤去す
る分を貫通する PC 鋼棒が新設パイルキャップに定着され改修ステップ2ることで行われる。さらに，組石造の基礎は，新設のパ構造要素を保護し，工事用の傾斜路を構築する

イルキャップの 0.5 m のアゴの部分で接続される。パイ
ルキャップの高さは 1.55 m である。

改修ステップ3一体となった新しい基礎は，後陣と聖母マリアの塔かモザイク画のカタログを作り，工事に関係する部分を撤去する

改修ステップ7‑8a

らの荷重を的確に地盤に伝達できるようになる。生誕のファサードの表層土は砂であるが，他の部分は粘土であ改修ステップ4仕上げの石材の一つ一つを分解し，一覧表を作るる。
使用したコンクリートは C-35（立方体供試体の圧縮
強度 35 N/mm2），異形鉄筋は B500SD（降伏強度 500 N/改修ステップ5mm2），鋼板は S275JR（降伏強度 275 N/mm2），PC 鋼棒

Jaume, Pere, Pau, Maties（という名称の）柱（図 - 5）を支えている
装飾柱の自然石を固定する

は降伏強度 500 N/mm2 級のものを用いた。

改修ステップ6

改修ステップ8b‑97．改修工事手順

Jaume, Maties柱を支えている装飾
柱のマイクロパイルの施工に干渉する階段を撤去する

改修工事の概要を図 - 5，6，7 に示す。基礎の補強工

改修ステップ7

事の施工手順は以下に示すとおりである。

マイクロパイルの再設計と施工

改修ステップ8

パイルキャップの施工と新設パイルキャップと既存の組石造基礎との接続（図 - 7）

Vertical micropile
Sloping micropile 5°（at level-0,80m）
Sloping micropile 10°（at level-2,05m）

改修ステップ9

H Existent microplle

Jaume, Pere, Pau, Maties柱を支えている装飾柱の幅木の補修

改修ステップ10‑13

改修ステップ10仕上げの復旧
Section1

改修ステップ11
モザイクの復旧改修ステップ12SAPete

Section2
Section3

保護材の再施工とクリーニング

改修ステップ13

Section4

Jaume

Section4

Section3

Section2

SAPau

調度品と装飾品の復旧

Matles

図- 6内側（地下聖堂）

後陣の柱改修工事概要

外側（回廊）260
5°190
PC 鋼棒 Ø32mm/300mm

755020

施工する。鋼管の端部は，コンクリート製パイルキャ

285
95
50190

20

1Ø16/200mmップの下端に配置する（図 - 8 b）。

60

鉄板 250 200 30 mm

組石造基礎（現存）

鉄板 250 200 30 mm

21Ø20

cØ25/100mm
鉄板 250 350 50 mm

60

13130

2+2Ø166Ø16108Ø20（鉄筋）10HM-202Ø1655PC 鋼棒 Ø50mm@300mm

70125

礎 の 間 を ト レ ン チ 状 に 掘 削 す る（ 図 - 8 c ）。
5 ）各マイクロパイル周りの掘削を行い，定着部に鋼管

cØ25/100mm

鉄板 250 350 50 mm

8Ø20306Ø166Ø16
折り曲げた鉄板 10mm
2+2Ø1620eØ25/100mm

4+4Ø162Ø322+2Ø16モルタル4 ）マイクロパイルの施工完了後，回廊側の放射状の基6Ø16leØ16/150mm

8Ø20+0.8030130952Ø32

鉄板
250 350 20 mm

2Ø1670モルタル

12Ø20HM208Ø2014Ø161Ø16/100mm
265335マイクロパイル Ø200mm（鋼管 Ø 114.3mm, t =8.8mm）を配置する。

308Ø20eØ25/100mm

155201535

鉄板 250 300 20 mm+0.006 ）回廊側のパイルキャップ部分の配筋を行い，放射方Ø20向の鉄筋を重ねて配置する（図 - 8 h）。

15m

Ø207 ）配筋作業と並行してシースを設置する。
8 ）すべての要素の配置が完了したら，曲線に沿って鉄図- 5

 下聖堂のマイクロパイルとパイルキャップ
地の 位 置 お よ び， 新 設 RC 基 礎 と 既 存 基 礎 のPC 圧着により一体化する部分の断面詳細筋を固定する。
9 ）パイルキャップの型枠を設置し，コンクリートを打設する。
10）地下聖堂の中心側の掘削を行う。その際作業スペー

1 ）マイクロパイルを打設する場所の仕上げを -0.8 m まスも考慮する。

ではがす（図 - 8 a）。

11）組石造基礎の側面に 10 mm の鉄板を配置し，隙間に2 ）マイクロパイル部の削孔を行う。マイクロパイルに膨張モルタルを打設する。

は鉛直のものと斜めのものがある。

12）既存基礎に PC 鋼棒を配置するための穴あけを行う。

3 ）マイクロパイルを設計強度 30 N/mm2 のセメントでVol.56, No.4, July 2014

削孔は，機械を回廊側に設置して一つずつ行う。

69海外文献
01 補強前

02 マイクロパイ
ルの掘削
地下聖堂中心側

既存基礎

1.85

パイルキャップ下端

（b）

（c）

（d）

（e）

（f）

（g）

（h）

0.40

柱芯

柱芯

（a）
回廊側

1.51

3.20

0.32

回廊側

0.95

地下聖堂中心側

02 パイルキャップ部の掘削

04 回廊側のRC
パイルキャップ

地下聖堂中心側

回廊側

地下聖堂中心側

回廊側

シースφ50mm
型枠
シースφ70mm

掘削部分
柱芯

柱芯

05 中心側パイル
キャップ部の掘削

06 PC鋼棒の配置

地下聖堂中心側

回廊側

地下聖堂中心側規格モルタル

回廊側

0.03
溝の掘削

L型鉄板
（厚さ10mm）

（i）

0.05

（j）

柱芯

柱芯

07 中心側PCパイルキャップ

08 PC圧着

地下聖堂中心側

回廊側

地下聖堂中心側

回廊側

（k）

型枠

（l）

柱芯

柱芯

図- 7

基礎補強工事の詳細

13）上部は直径 32 mm，下部には直径 50 mm の PC 鋼棒を開けた孔に配置する（図 - 8 d）。

図- 814）PC 鋼棒の緊張を 4 段階で行う。
⑴

上部（直径 32 mm）の鋼棒を 15.10 t まで緊張⑵

下部（直径 50 mm）の鋼棒を 34.35 t まで緊張⑶

上部の鋼棒を 30.20 t まで緊張⑷

下部の鋼棒を 68.70 t まで緊張

15）ポリウレタンパテで孔をふさぎ，モルタルを注入す 特殊な部材の保護と撤去 ⒝ マイクロパイ⒜ル工事 ⒞ 溝の掘削 ⒟ PC 鋼棒 ⒠ 中間部の配筋 ⒡ , ⒢ 後陣の柱の定着 ⒣ 回廊側のパイルキャップ ⒤ 地下聖堂中心側のパイルキャップ ⒥ 床防水工 ⒦ 仕上げ材の復旧⒧ 現在の状況ものであった。補強工事の 2 年間の間も，教会の残りのる。

部分の建設工事は続いており，一部は観光客にも解放さ

16）中心側のパイルキャップの鉄筋を施工する（回廊側れていた。結果として，地下聖堂の外観はまったく変更と同様に 5 ）〜 9 ）に示した項目の施工）（図 - 8 i）。

されなかった。

17）直径 50 mm のシースを既存の放射状の基礎の下に配マイクロパイルを使った補強工事は，既知の工法であ置する。

り，他の既存建物の基礎の補強工事にもよよく使われて

18）新しい基礎の残りの鉄筋を設置する。この鉄筋は，いるが，建物の特異性および全工程にわたり安全な施工

新しい基礎と既存の基礎の間に設置した発泡スチロー計画に従って施工精度を確保したことが，本工事におけルに固定する。

る特色となっている。

19）コンクリートを打設する。
20）ダイヤモンドワイヤーを直径 50 mm のシース間に配This article was first published in English in Structural Engineering

置して，既存の放射状基礎を切断する。

International, SEI, Vol.24, Nr.1, 2014, pp. 74-81, IABSE, Zurich21）既存の放射状基礎を撤去する。

原

8．お わ り に典

Carles Buxadé, Sagrada Familiaʼ s Crypt: Reinforcement for the Existing
Foundations, Structural Engineering International, Vol.24, Nr.1, 2014,

サグラダファミリア教会の地下聖堂の基礎の補強によpp.74-81って，19 世紀の終わりに建設が始まった建物の安全性【2014 年 3 月 25 日受付】を，現在の基準まで高めることができた。実際の施工は，形状の複雑さと教会の大きな荷重のため，難易度の高い

70

プレストレストコンクリート